События сериала «Атом» разворачиваются в самый разгар Второй мировой войны, когда Лаврентий Берия дает своему помощнику Всеволоду Замятину задание государственной важности. Надо собрать команду лучших ученых страны и создать атомную бомбу. На фронте сложная ситуация, и оружие массового поражения требуется как можно скорее. Под руководством Игоря Курчатова начинается работа в секретной лаборатории, но он просит включить в команду самоуверенного ядерщика Фролова и находящегося в ссылке химика Карпова. Оба ученых вызывают вопросы в НКВД, но просьбу Курчатова решают не игнорировать. А в это время, физик и разведчик Екатерина Лазарева работает за границей и пытается узнать об американских и британских разработках в этом направлении.